第1章 造岩矿物与岩石(gai)

1、第一章 造岩矿物与岩石,东北林业大学土木工程学院 岩土教研室,第一节 造岩矿物,结晶体： 非结晶体,一、矿物的概念、分类,1、概念,目前，自然界已经发现的矿物约有3300多种，但最主要的造岩矿物只有30几种,2、造岩矿物,构成岩石的矿物,3、按外表形态分类,矿物是地壳中天然生成的具有一定化学成分、物理性质和形态的自然元素或化合物。 它是组成岩石的基本单位，也是组成地壳的基本物质,元素质点在矿物内部按一定的规律重复排列，形成稳定的结晶格子构造，有规则的、固定的几何外形。 矿物内部的元素质点排列没有一定的规律性，外表几何形态不固定、不规则,造岩矿物绝大部分是结晶体,食盐正立方晶体,晶体结构,晶体形

2、态,六方双锥晶体,a-石英 b-辉锑矿 c-角闪石 d-云母 e-长石 f-黄铁矿 g-石榴子石,常见矿物的晶体形态 a)正长石 b)斜长石 c)石英 d)角闪石； e)辉石 f)橄榄石 g)方解石 h)白云母； i)石膏 j)绿泥石 k)云母 l)黄铁矿； m)石榴子石,晶体形态,原生矿物： 次生矿物： 变质矿物,4、按生成条件分类,二、矿物的物理性质,1、矿物的光学性质,2、矿物的力学性质,由岩浆冷凝形成，多呈块状或粒状。 由原生矿物经风化作用形成，多呈片状或针状。 在变质作用过程中形成的矿物,1) 颜色 2) 条痕 3) 光泽 4) 透明度,1) 硬度 2) 解理 3) 断口,1) 颜色

3、,1、矿物的光学性质,是矿物对可见光波的吸收作用产生的,是矿物本身固有的颜色，比较固定,黄金、孔雀石,是矿物混入了某些杂质所引起的，与矿物的本身性质无关；他色不固定，随杂质的不同而异,石英,由于矿物内部的裂隙或表面的氧化薄膜对光的折射、散射所引起的,方解石,矿物粉末的颜色,一般是指矿物在白色无釉的瓷板上刻画时所留下的粉末的颜色,2) 条痕,条痕只适用于深色矿物，对鉴定浅色矿物没有意义,自色： 他色： 假色,金属光泽： 半金属光泽： 非金属光泽,3) 光泽,是矿物表面对可见光的反射能力,矿物表面呈现的光亮程度，是矿物表面反射率的表现,非金属光泽根据强弱程度又可分为金刚光泽、玻璃光泽、油脂光泽、丝

4、绢光泽、珍珠光泽、蜡状光泽和土状光泽,4) 透明度,矿物透过可见光的能力，即光线透过矿物的程度,一般将矿物制成0.3mm厚的薄片进行对比,浅色矿物,深色矿物,反射很强，类似于镀铬金属平滑表面的反光。 反射强，如同一般金属的反光。 绝大部分造岩矿物所具有的光泽,透明的： 半透明的： 不透明的,隔着矿物薄片可以清楚看到对面物体 隔着矿物薄片可以模糊看到对面物体 隔着矿物薄片看不到对面物体,金刚光泽 玻璃光泽 油脂光泽 丝绢光泽 珍珠光泽 蜡状光泽 土状光泽,非金属光泽,强 弱,光泽,2、矿物的力学性质,1) 硬度,矿物抵抗外力刻划、压入或研磨等机械作用的能力,硬度对比的标准，从软到硬依次由10种矿

5、物组成，称为摩氏硬度计,矿物硬度的确定是根据两种矿物对刻时互相是否刻伤的情况而定,注 意,摩氏硬度计只反映矿物相对硬度的顺序，并非矿物绝对硬度的等级。 风化、裂隙、杂质等会影响矿物的硬度，故鉴别矿物的硬度时，应在其新鲜晶面或解理面上进行,常见造岩矿物的硬度大部分在27之间,在野外，可用指甲、小刀、玻璃片、钢刀等对矿物硬度进行粗略鉴别,2) 解理,是矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质,根据解理出现方向的数目分,极完全解理： 完全解理： 中等解理： 不完全解理,根据解理完全程度,云母,方解石,正长石,磷灰石,是矿物受打击后，形成的不具方向性的不规则的破裂面,3) 断口,根据断口的形态特

6、征,贝壳状断口、参差状断口、 锯齿状断口、平坦状断口,矿物解理的完全程度与断口是互相消长的：解理完全时，则不显断口；解理不完全或无解理时，则断口显著,一个方向的解理 两个方向的解理 三个方向的解理,又称一组解理 (云母) ，又称两组解理 (正长石) ，又称三组解理 (方解石,极易裂成薄片，解理面大而平整，平滑光亮 常沿解理方向裂成小块，解理面平整光亮 既有解理面，又有断口 常出现断口，解理面很难发现,磁铁矿 磁性 云母 弹性 方铅矿 脆性 浮石 密度 自然银 延展性,除上述性质外，矿物的密度、弹性、磁性、脆性、延展性等物理性质也可用来鉴别矿物,另外，某些矿物的特性，也可用来鉴别矿物,三、常见的

7、造岩矿物,矿物的鉴别主要是运用矿物的形态和物理性质，一般先从形态着手，再进行光学性质、力学性质及其他性质的鉴别,滑石 滑腻感 方解石 遇盐酸起泡,识别矿物口决,石英特点硬度高，滑石滑感硬度小； 云母易剥小薄片，方解石加酸起小泡； 白云石近似方解石，仅是加酸不起泡； 绿泥石亦成小薄片，比拟云母弹性小； 黄铁矿粉末暗绿色，角闪石黑色小条条； 长石板状玻璃光，辉石深棕短柱状； 高岭石白色粉末状，石膏纤维放丝光,单矿岩： 复矿岩,第二节 岩石,岩石是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定规律组成的自然集合体,1、岩石的概念,由一种矿物组成 由两种或两种以上矿物组成,石灰岩方解石,花岗岩正长石,石英

8、,云母,2、岩石的分类,按成因分类： 按矿物组成分类,岩浆岩、沉积岩和变质岩,3、岩石的主要特征,矿物成分、结构、构造,岩石的结构： 岩石的构造,岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状，及其彼此间的组合方式等特征。 岩石中矿物的排列方式和填充方式所反映出来的外貌特征,一、岩浆岩,1、岩浆,一) 岩浆岩的概念和成因,在地壳深处，处于高温、高压下的硅酸盐熔融体,2、岩浆岩,由岩浆冷凝形成的岩石,3、岩浆岩的形成过程,岩浆经常处于活动状态中，在地壳运动或其它内力作用下，承受巨大压力的岩浆就会沿着构造薄弱带上升，侵入地壳或喷出地面；在上升过程中，压力减小，热量散失，经复杂的物理化学过程，最后冷却凝结，形

9、成岩浆岩,二) 岩浆岩的分类,1、按产出状态 2、按SiO2的含量,侵入岩： 喷出岩,浅成岩 深成岩,3km,3km,岩浆侵入地壳形成的,由喷出地表的岩浆冷凝形成的,酸性岩类： 中性岩类： 基性岩类： 超基性岩类,2、按SiO2的含量分类,SiO2含量 65% 65%52% 52%45% 45,主要矿物成分 石英、正长石 正长石、角闪石、斜长石 斜长石、辉石 辉石、橄榄石,颜色 浅 较深 深 很深,比重 轻 较大 较大 很大,三) 岩浆岩的结构和构造,1) 按岩石中矿物的结晶程度分为,1、结构,全部由结晶矿物组成 由结晶矿物和非晶质矿物组成 全部由非晶质矿物组成,全晶质结构： 半晶质结构： 非

10、晶质结构,深成岩,浅成岩,喷出岩,岩石全部由结晶较大的矿物组成 岩石全部由结晶微小的矿物组成 岩石全部由非晶质矿物组成,2) 按岩石中矿物的晶粒大小分为,显晶质结构： 隐晶质结构： 玻璃质结构,3) 按岩石中矿物晶粒的相对大小分为,等粒结构： 不等粒结构,同种矿物的结晶颗粒大小大致相等 (深成岩) 同种矿物的结晶颗粒大小不等，相差悬殊,2、构造,块状构造： 流纹状构造： 气孔状构造： 杏仁状构造,矿物分布比较均匀，无一定的排列方向 不同颜色的矿物、玻璃质、拉长气孔以及长条形矿物沿一定方向排列所形成的流动状构造 岩浆凝固时，挥发性的气体未能及时逸出，在岩石中留下许多各种形状的孔洞 气孔为后期矿物

11、充填所形成的一种形似杏仁的构造,花岗岩,流纹岩,玄武岩、浮岩,岩浆岩中最常见的一种构造,酸性岩类： 中性岩类： 基性岩类： 超基性岩类,四) 岩浆岩的分类及常见岩浆岩,1、岩浆岩的分类,2、常见的岩浆岩,花岗岩、流纹岩 安山岩、闪长岩、正长岩 辉长岩、玄武岩、辉绿岩 很少见,1、碎屑矿物： 2、粘土矿物： 3、化学沉积矿物： 4、有机质及生物残骸： 5、胶结物,二、沉积岩,1、沉积岩的概念,是在地壳表层，常温常压条件下，由风化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石,2、沉积岩的分布,体积占地壳的5%，面积占陆地表面积的75,一) 沉积岩的物质

12、组成,碎屑颗粒沉积后，滞留于颗粒之间溶液中的溶解物经化学作用沉淀而成的物质,由原岩经物理风化作用产生的碎屑物质(原生矿物) 含铝硅酸盐类矿物的原岩经化学风化形成的次生矿物 由化学作用从溶液中沉淀结晶产生的沉积矿物 由生物残骸或有机化学变化而成的物质,硅质、铁质、钙质、泥质、石膏质,砾状结构： 砂质结构： 粉砂质结构,二) 沉积岩的结构与构造,1、结构,碎屑物质被胶结物胶结而成的结构,d 2mm d 20.05mm d 0.050.005mm,角砾状结构、砾状结构,粗粒结构、中粒结构、细粒结构,1) 碎屑结构： 2) 泥质结构： 3) 结晶结构： 4) 生物结构,d0.005mm的粘土矿物颗粒组

13、成的结构 溶液中沉淀或重结晶的晶粒形成的结构 由生物遗体或碎片组成的结构,泥岩,页岩,石灰岩,白云岩,贝壳,珊瑚,按胶结物的成分可分为,按碎屑粒径的大小可分为,硅质胶结、铁质胶结、钙质胶结、 泥质胶结、石膏质胶结,沉积岩特有的结构,1) 层理构造： 2) 层面构造： 3) 化石,2、构造,沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变，使先后沉积的物质在成分、颗粒大小、形状和颜色上发生变化而显示出来的成层现象,关于岩层的几个概念,沉积岩最主要的构造, 区别于岩浆岩和变质岩的重要标志,概念,层理构造的类型,尖灭： 透镜体,岩层的几种形态,层面、岩层、岩层厚度,变薄、夹层、尖灭、透镜体,水平层理、斜层理、

14、交错层理、波形层理,岩层面上仍保留的、反映沉积岩形成时、由于水流、风、生物活动、阳光曝晒等作用留下的痕迹,波痕、泥裂,沉积过程中，有各种生物遗体或遗迹埋藏于沉积物中，后经石化作用保存下来,三叶虫、足迹,岩层一端较厚，一端逐渐变薄以至消失 岩层两端在不大的距离内都尖灭而中间较厚,a) 正常层 (b) 夹层 (c) 变薄 (d) 尖灭 (e) 透镜体 岩层的几种形态,a) 水平层理 (b) 斜层理 (c) 交错层理 层理构造的类型,碎屑岩类 粘土岩类： 化学及生物化学岩类,三) 沉积岩的分类及常见的沉积岩,1、沉积岩的分类,2、常见的沉积岩,火山碎屑岩： 沉积碎屑岩,火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩

15、,砾岩、角砾岩、砂岩、粉砂岩,泥岩、页岩,石灰岩、白云岩,三、变质岩,变质岩是地壳内部的原岩经过变质作用而形成的新的岩石,1、变质作用的因素,高温、高压、新的化学成分的加入,2、变质作用的类型,接触变质作用： 动力变质作用： 区域变质作用,岩浆侵入地壳时，使与之接触的围岩温度急剧上升所引起的变质作用 地壳运动时，产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用 大规模地壳运动时，由高温、高压、岩浆活动等多种因素的综合作用所引起的变质作用,二) 变质作用的因素和类型,一) 变质岩的概念,变晶结构： 变余结构： 碎裂结构,2、结构,在变质作用过程中，岩石重结晶、变质结晶或重组合所形成的结构；是变质岩中最重要

16、、最常见的结构 在变质作用过程中，由于重结晶或变质结晶作用不完全，原岩的结构特征被部分保留下来而形成的结构 当岩石所受的定向压力超过其强度极限时，内部矿物颗粒发生弯曲、错动或破裂，甚至粉碎，之后又被胶结在一起而成的结构,1、矿物成分,残余矿物： 变质矿物,变质作用后残留的，与岩浆岩和沉积岩共有的 变质作用后新生的，变质岩所特有的,石英，长石，云母等,滑石、蛇纹石、石榴子石等,三) 变质岩的主要特征,板岩) (云母片岩) (千枚岩) (花岗片麻岩,3、构造,变余构造： 变成构造,变质作用后仍残留有原岩的部分构造特征 变质作用后形成的新构造,块状构造 片理构造,板状构造 片状构造 千枚状构造 片麻

17、状构造,1) 片理构造,岩石中的片状、柱状或长条状矿物，在定向压力或差异压力作用下，垂直压力方向平行排列而形成的构造,2) 块状构造,岩石由粒状结晶矿物组成，矿物均匀分布，无定向排列，也不能定向裂开，是岩石受各个方向均匀压力作用而形成的,大理岩、石英岩,变质岩所特有的，区别于 岩浆岩和沉积岩的显著标志,四) 变质岩的分类和常见的变质岩,1、变质岩的分类,2、常见的变质岩,片理状岩类： 块状岩类,板岩、片岩、千枚岩、片麻岩,大理岩、石英岩,三大岩类的地质特征表,一) 三大岩类的区别,四、三大岩类的区别及鉴别方法,二) 三大岩类的肉眼鉴别,1、岩浆岩的鉴别方法,先看岩石整体颜色的深浅 分析岩石的结

18、构和构造 分析岩石的主要矿物成分，确定岩石的名称,2、沉积岩的鉴别方法,鉴别沉积岩时，可以先从观察岩石的结构开始，结合岩石的其他特征，先将所属的大类分开，然后再作进一步分析，确定岩石的名称,碎屑岩、粘土岩、化学岩,3、变质岩的鉴别方法,鉴别变质岩时，可先从观察岩石的构造开始。根据构造，首先将变质岩区分为片理构造和块状构造两大类；然后可进一步根据片理特征和主要矿物成分，分析所属的岩类，确定岩石的名称,第三节 岩石的工程地质性质,1、密度 2、相对密度 3、孔隙率 孔隙比,岩石的工程地质性质主要包括物理性质、水理性质和力学性质三个方面,一、岩石工程地质性质的常用指标,天然密度 干密度 饱和密度 浮

19、密度,一) 物理性质,Darcy定律,1、吸水性： 2、透水性： 3、溶解性： 4、软化性： 5、抗冻性,二) 水理性质,岩石与水作用的性质,反映岩石在一定条件下的吸水能力,吸水率： 饱水率： 饱水系数,岩石在常压条件下的吸水能力 岩石在高压或真空条件下的吸水能力 岩石吸水率与饱水率的比值,岩石允许水透过的能力,岩石溶解于水的性质,常用溶解度或溶解速度表示,常用渗透系数 k 衡量,岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的性质,常用软化系数来衡量,岩石抵抗冻融破坏的能力,常用冻融试验前后的强度损失率和质量损失率来表示,K=W1/W2,W2,W1,1、变形指标 2、强度指标,三) 力学性质,包括变形特

20、性和强度特性两方面,弹性模量 变形模量 泊松比,抗压强度 抗剪强度 抗拉强度,抗剪断强度： 抗剪强度： 抗切强度,库仑定律,矿物成分、结构、构造 水的作用、风化作用,二、影响岩石工程性质的因素,岩石的地质特征： 岩石形成后所受的外部因素,1、矿物成分,岩石的矿物成分对其物理力学性质产生直接影响,尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力学性质也会有明显的差别,岩石内部应力是通过矿物颗粒的直接接触来传递的，所以含有高强度矿物的岩石，其强度不一定就高,大多数岩石的强度都比较高，能够满足工程要求,2、结构,结晶联结的岩石： 胶结物联结的岩石,大部分岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩 沉

21、积岩中的碎屑岩类,基底胶结： 孔隙胶结： 接触胶结,1) 结晶联结,2) 胶结联结,由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。矿物的结晶颗粒直接接触，结合力强，孔隙率小，具有较高的强度和稳定性,结晶联结的岩石，结晶颗粒的大小对岩石的强度有显著影响,矿物碎屑由胶结物联结在一起，强度和稳定性主要取决于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大,胶结联结的形式对岩石的强度有重要影响，可分为以下三种,碎屑物质散布于胶结物中，碎屑颗粒互不接触，岩石孔隙率小，强度和稳定性完全取决于胶结物的成分 碎屑颗粒互相接触，胶结物充填于碎屑间的孔隙中，强度与碎屑和胶结物的成分都有关 仅在碎屑的相互接触处有胶结物联结，岩石的孔隙率大，容重小，吸水率高，强度低，易透水,a)基底胶结 (b)孔隙胶结 (c)接触胶结 岩石的胶结方式,就胶结物的成分来说： 硅质胶结的强度和稳定性高， 泥质胶结的强度和稳定性低， 钙质和铁质胶结的强度和稳定性介于二者之间,矿物成分分布的不均匀性： 岩石结构的不连续性,3、构造,构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性决定的,岩石所